第二章核酸化学
生物化学 第2章Ⅱ 核酸(共86张PPT)
内呈正比
5、电泳缓冲液
DNA的凝胶电泳检测
(ethidiumbromide， 简称EB)是一种核酸染料，可以插入到DNA
或RNA分子的碱基之间，并在300nm波长的
紫外光照射下放射出橘红色的荧光，可用来显现 凝胶中的核酸分子。
在凝胶电泳中，溴化乙锭染料可对核酸分子 染色，在紫外光下便可以十分敏感而方便地检测 出凝胶介质中DNA谱带。
五、变性、复性与杂交
（一）、DNA的变性
1、概念 2、变性因素
3、变性的指标
1、概念
是指核酸双螺旋区的氢键断裂，双螺旋 解开，变成无规则线团的现象。核酸变 性其分子中的共价键并没有破坏，分子 量也不改变，核酸的变性（
denaturation ）
2、DNA的变性的因素
温度升高；
酸碱度改变、 pH（>11.3或<5.0）；
1、核酸分子本身的大小：同分子的摩擦
系数成反比的 Maxam和Gilbert 于1977年发明
Primer1（10uM）
2、琼脂糖的浓度：迁移率与胶浓度成反比 而聚丙烯酰胺凝胶制胶时不能将染料加入，会影响聚合。
第五节 核酸的研究方法 据此特性可以定性和定量检测核酸。
在液氮蒸发去2/3时，用自制研杵迅速磨碎叶片；
RNA本身只有局部的双螺旋区，所以变 性行为所引起的性质变化没有DNA那样 明显。 天然状态的DNA在完全变性后，紫外吸
收(260 nm)值增加25－40%.而RNA变性 后，约增加1.1%。
4. DNA变性后的表现
A260值增加
粘度下降
浮力密度增大
分子量不变
（二）、DNA的复性
1、概念：
变性DNA在适当的条件下，两条彼此分 开的单链可以重新缔合成为双螺旋结构 ，这一过程称为复性；
生化第二章核酸的结构和功能
⽣化第⼆章核酸的结构和功能第⼆章核酸的结构与功能本章重点核酸前⾔：1.真核⽣物DNA 存在于细胞核和线粒体内，携带遗传信息，并通过复制的⽅式将遗传信息进⾏传代；真核⽣物RNA 存在于细胞质、细胞核和线粒体内。
2.在某些病毒中，RNA 也可以作为遗传信息的载体。
⼀、核酸的化学组成以及⼀级结构（⼀）、核苷酸是构成核酸的基本组成单位1．DNA 的基本组成单位是脱氧核苷酸，⽽RNA 的基本组成单位是核糖核苷酸。
2．核苷酸中的碱基成分:含氮的杂环化合物。
①DNA 中的碱基：A\T\C\G 。
②RNA 中的碱基：S\U\C\G 。
★这五种碱基的酮基或氨基受所处环境的pH 是影响可以形成酮-烯醇互变异构体或氨基-亚2．核糖①β-D-核糖：C-2’原⼦上有⼀个羟基。
②β-D-脱氧核糖：C-2’原⼦上没有羟基☆脱氧核糖的化学稳定性⽐核糖好，这使DNA成为了遗传信息的载体。
3．核苷①核苷②脱氧核苷③核糖的C-1’原⼦和嘌呤的N-9原⼦或者嘧啶的N-1原⼦通过缩合反应形成了β-N-糖苷键。
在天然条件下，由于空间位阻效应，核糖和碱基处在反式构象上。
3．核苷酸的结构与命名①核苷或脱氧核苷C-5’原⼦上的羟基可以与磷酸反应，脱⽔后形成磷酸键，⽣成核苷酸或脱氧核苷酸。
②根据连接的磷酸基团的数⽬不同，核苷酸可分为核苷⼀磷酸（NMP）、核苷⼆磷酸（NDP）、核苷三磷酸（NTP）。
③⽣物体内游离存在的多是5’核苷酸★细胞内⼀些参与物质代谢的酶分⼦的辅酶结构中都含有腺苷酸，如辅酶Ⅰ（NAD+），它们是⽣物氧化体系的重要成分，在传递质⼦或电⼦的过程中具有重要的作⽤。
（⼆）、DNA是脱氧核糖核苷酸通过3’，5’-磷酸⼆酯键连接形成的⼤分⼦1.脱氧核糖核苷三磷酸C-3’原⼦的羟基能够与另⼀个脱氧核糖核苷三磷酸的α-磷酸基团缩合，形成了⼀个含有3’，5’-磷酸⼆酯键的脱氧核苷酸分⼦。
2.脱氧核苷酸分⼦保留着C-5’原⼦的磷酸基团和C-3’原⼦的羟基。
生物化学 第二章 核酸化学
1 核苷酸的组成
核酸化学
• 核苷酸是核苷的磷酸酯。作为DNA或RNA结构单元的 核苷酸分别是5′-磷酸-脱氧核糖核苷酸和5′-磷酸-核糖 核苷酸。核苷酸 核苷+磷酸
戊糖+碱基+磷酸
O
HO P OH2C O B OH
O
HO P OH2C O B OH
OH OH
OH
核糖核苷酸
脱氧核糖核苷酸
B=腺 嘌 呤 ， 鸟 嘌 呤 ， 胞 嘧 啶 ， 尿 嘧 啶 或 胸 腺 密 啶
核酸化学
格里菲斯——肺炎双球菌转化实验
多 糖 类 荚 膜
R型菌
（粗糙、 无毒性）
S型菌
（光滑、 有毒性）
核酸化学
将R型活菌注入小鼠体内
一段时间后
核酸化学
将S型活菌注入小鼠体内
一段时间后
核酸化学
将杀死的S型菌注入小鼠体内
一段时间后
核酸化学
将R型活菌与杀死的S型菌注入小鼠体内
一段时间后
细菌发生转化，性状的转化可以遗传。
O
（N = A、G、C、U、T）
O-
P
O
5´
CH2
O
N 碱基
O-
磷酸
4´ H
H 1´
O H 3´
2´ H
OH (O)H
核糖
(一)、戊糖
核酸化学
组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为 βD-2-脱氧核糖；RNA所含的糖则为β-D-核糖。
HOCH2 O OH HH
H
H
OH OH
D-核糖
Ribose
HOCH2 O OH HH
（四）核苷酸nucleotide
核酸化学
第二章核酸的分子结构
核酸的研究历史和重要性（续） 历史
70年代 建立DNA重组技术，改变了分子生物学的面貌，并导 致生物技术的兴起。 80年代 RNA研究出现第二次高潮：ribozyme、反义RNA、 “RNA世界”假说等等。 90年代以后 实施人类基因组计划（HGP）, 开辟了生命科学 新纪元。
人类基因组测序完成后，生命科学进入后基因组时代： 功能基因组学（functional genomics） Hapmap(单体型图 ) (基于SNP) 蛋白质组学（proteomics）
RNA分子中各核苷之间 的连接方式（3´-5´磷酸二 酯键）和排列顺序叫做 RNA的一级结构
RNA与DNA的差异
DNA
RNA
糖 脱氧核糖 核糖
碱基 AGCT
AGCU
不含稀有碱基 含稀有碱基
OH
5´
3´ OH
OH
4.1.2 RNA的类别
信使RNA（messenger RNA，mRNA）：在蛋白 质合成中起模板作用；
反转重复（inverted repeated)：由反方向互补的 两个DNA片段组成，两个反转重复序列又叫回 文序列(palindrome sequence)。(第47页)
镜像重复(mirror repeat)：由反方向完全相同的 两个序列组成。
直接重复(direct repeat)：由同一方向完全相同 的两个序列组成。正向重复序列、顺向重复序 列。
2 核酸的基本结构单位—核苷酸
2.1 核苷酸的化学组成与命名 2.1.1 碱基、核苷、核苷酸的概念和关系 2.1.2 常见碱基的结构与命名法 2.1.3 常见（脱氧）核苷酸的基本结构与命名 2.1.4 稀有核苷酸 2.1.5 细胞内游离核苷酸及其衍生物
《生物化学》第二章核酸化学及答案
第二章核酸化学《生物化学》一、选择题1．自然界游离核苷酸中，磷酸最常见是位于：A．戊糖的C-5′上B．戊糖的C-2′上C．戊糖的C-3′上D．戊糖的C-2′和C-5′上E．戊糖的C-2′和C-3′上2．可用于测量生物样品中核酸含量的元素是：A．碳B．氢C．氧D．磷E．氮3．下列哪种碱基只存在于RNA而不存在于DNA：A．尿嘧啶B．腺嘌呤C．胞嘧啶D．鸟嘌呤E．胸腺嘧啶4．核酸中核苷酸之间的连接方式是：A．2′，3′磷酸二酯键B．糖苷键C．2′，5′磷酸二酯键D．肽键E．3′，5′磷酸二酯键5．核酸对紫外线的最大吸收峰在哪一波长附近？A．280nm B．260nm C．200nm D．340nm E．220nm6．有关RNA的描写哪项是错误的：A．mRNA分子中含有遗传密码B．tRNA是分子量最小的一种RNAC．胞浆中只有mRNAD．RNA可分为mRNA、tRNA、rRNAE．组成核糖体的主要是rRNA7．大部分真核细胞mRNA的3′-末端都具有：A．多聚A B．多聚U C．多聚T D．多聚C E．多聚G8．DNA变性是指：A．分子中磷酸二酯键断裂B．多核苷酸链解聚C．DNA分子由超螺旋→双链双螺旋D．互补碱基之间氢键断裂E．DNA分子中碱基丢失9．DNA Tm值较高是由于下列哪组核苷酸含量较高所致？A．G+A B．C+G C．A+T D．C+T E．A+C10．某DNA分子中腺嘌呤的含量为15%，则胞嘧啶的含量应为：A．15% B．30% C．40% D．35% E．7%二、填空题1．核酸完全的水解产物是________、_________和________。
其中________又可分为________碱和__________碱。
2．体内的嘌呤主要有________和________；嘧啶碱主要有_________、________和__________。
某些RNA分子中还含有微量的其它碱基，称为_________。
第二章 核酸的结构与功能
核酸的结构与功能
❖ 1868年，瑞士外科医生Fridrich从外科手术绷带上的脓细胞的细 胞核中分离出一种溶于碱而不溶于酸的酸性有机化合物，其分子 中含磷2.5%、含氮14%，该物质被命名为核酸。
❖ 根据核酸分子中所含戊糖的差别： （一）脱氧核糖核酸（DNA）:主要存在于细胞核中（真核细胞的 线粒体中也存在不少量的DNA），携带着决定个体基因型的遗传信 息，是遗传信息的贮存和携带者； （二）核糖核酸（RNA）:主要存在于细胞核和细胞质中，参与细
比DNA复制得多，这与它的功能多样化密切相关。
一、mRNA是蛋白质合成中的模板
❖ 1960年，Jacob 和 Monod 等人用放射性核素示踪实验证实： 一类大小不同的RNA才是细胞内合成蛋白质的真正模板，于 1961年首先提出了信使RNA（mRNA）这个概念。
❖ 在各种RNA分子中，mRNA约占细胞内RNA总量的2～5%，种类 最多，分子大小相差很大；
N H
❖DN生称AN物为稀体有的D碱N基A8 N和79NH。RN45 AN36分12 子N 中NH2还含有一些65含1N4 3量2N 很O 少H的3C碱基65 1，N4 32
N
O
鸟嘌呤
RNA
胞嘧啶
胸腺嘧啶
5´
HOCH2
4´ H
OH O
H 1´
H
H
3´
2´
OH OH
β-D-核糖（构成RNA）
5´
HOCH2
遗传的相对稳定性，又可发生各种重组和突变，适应环境的 变迁，为自然选R型择细提菌供：无机毒会型。肺炎球菌
S型细菌：有毒型肺炎球菌
肺炎球菌转化实验
第三节
RNA 的结构与功能
❖ RNA和蛋白质共同担负着基因的表达和表达调控功能。 ❖ RNA通常以单链形式存在，但可通过链内的碱基配对形成
生化课后练习答案
《生物化学》复习资料第二章核酸化学2、试从分子大小、细胞定位以及结构和功能上比较DNA和RNADNA由两条互补的脱氧核糖核甘酸亚单元的链组成的双螺旋结构，RNA 仅是比DNA小得多的核糖核苷酸亚单元单链结构；DNA中有胸腺嘧啶（T）,但无尿嘧啶（U），但RNA则相反，DNA主要生物的遗传信息的载体，指导蛋白质的合成等，而RNA则在于遗传信息的转录，翻译与蛋白质的合成等，有时也可以作为一种催化剂在生物的生命活动起一定的作用.DNA主要存在于细胞核与线粒体，RNA主要存在细胞质基质中。
3. 试从结构和功能上比较tRNA,rRNA,mRNA.1. mRNA勺结构与功能：mRN是单链核酸，其在真核生物中的初级产物称为HnRNA大多数真核成熟的mRN分子具有典型的5'-端的7- 甲基鸟苷三磷酸（m7GTP帽子结构和3'-端的多聚腺苷酸（polyA）尾巴结构。
mRNA的功能是为蛋白质的合成提供模板，分子中带有遗传密码。
mRNA分子中每三个相邻的核苷酸组成一组，在蛋白质翻译合成时代表一个特定的氨基酸，这种核苷酸三联体称为遗传密码（coden）。
2. tRNA的结构与功能：tRNA是分子最小，但含有稀有碱基最多的RNAtRNA 的二级结构由于局部双螺旋的形成而表现为“三叶草”形，故称为“三叶草”结构，可分为五个部分：①氨基酸臂：由tRNA的5'-端和3'-端构成的局部双螺旋，3'-端都带有-CCA-OH顺序，可与氨基酸结合而携带氨基酸。
②DHU臂:含有二氢尿嘧啶核苷，与氨基酰tRNA合成酶的结合有关。
③反密码臂：其反密码环中部的三个核苷酸组成三联体，在蛋白质生物合成中，可以用来识别mRNAt相应的密码，故称为反密码(anticoden )。
④T®C臂：含保守的T®C 顺序，可以识别核蛋白体上的rRNA促使tRNA与核蛋白体结合。
⑤ 可变臂：位于T®C臂和反密码臂之间，功能不详。
第2章 核酸化学2
线粒体中含 有环状DNA
右旋
环状 DNA
反之，则为正超螺旋
自然界通常为负超螺旋。
负超螺旋
固定 （右手拓扑结构）
第四节 核酸及核苷酸的性质
一、核酸的溶解性
RNA和DNA 均微溶于水， 不溶于一般的有机溶剂
二、核酸的两性性质及等电点
核酸分子中含有酸性基团（磷酸基）和碱性基团 （氨基），也具有两性性质。 DNA等电点为4～4.5； RNA等电点为2～2.5
+
P OH P P P
+
P OH P
P
P
③核糖核酸酶T2 （RNase T2 ）
• 作用位点为腺苷酸残基
• 可将tRNA完全降解为3’－腺苷酸结尾 的寡核苷酸
（2）DNase（外切酶）
①DNaseⅠ：牛胰脱氧核糖核酸酶 Mg2+激活 切断双链或单链DNA ——以5’－磷酸为末端的寡聚核苷酸 ② DNase Ⅱ：牛脾脱氧核糖核酸酶 Mg2+抑制 DNA降解为3’－磷酸为末端的寡聚核苷酸
④其它：对底物二级结构的专一性 作用于双链核酸：双链酶 作用于单链：单链酶
（1）RNase
3’嘧啶核苷酸/其结尾的寡核苷酸
Py Pu Py Py Py Pu Py Py
2H2O
P P P P
+
P
P
P
P
+
P P
①牛胰核糖核酸酶（ G A C U G ARNaseGⅠ） A
C
U
G
A
2H2O + 作用：嘧啶核苷3’－磷酸与其它核苷酸连键 P P P P P P P OH P P P P P 专一性极高的内切酶
温度（℃）
94
生物化学第二章 核酸化学
李纳斯·鲍林（Linus Pauling）
DNA的二级结构是三螺旋？
1962年，三人分享诺贝尔生理医学奖
DNA的二级结构是双螺旋
（1）DNA分子由两条多聚 脱氧核糖核苷酸链(简称 DNA单链)组成。两条链 沿着同一根轴平行盘绕， 形成右手双螺旋结构。 螺旋中的两条链方向相 反，即其中一条链的方 向为5′→3′，而另一条链 的方向为3′→5′，螺旋结 构上有大沟和小沟。
两类 核酸在分子组成上的异同点
组分 磷酸 戊糖 碱 嘌呤 基 嘧啶
RNA
DNA
磷酸Βιβλιοθήκη 核糖脱氧核糖AG
U
C
T
核苷酸的衍生物
ⅰ ATP (腺嘌呤核糖核苷三磷酸)
d d d
核苷酸及其多磷酸化合物
ⅱ 环腺苷酸（cAMP）和环鸟苷酸 （cGMP）
•这两种环核苷酸在细胞代谢调节中具有重要作 用，是传递激素作用的媒介物。称为二级信使。
（2）两条链上的碱基通 过氢键相结合，形成碱 基对。碱基的相互结合 具有严格的配对规律， 即A与T结合，G与C结 合，碱基之间的这种一 一对应关系，称为碱基 互补配对原则。A和T之 间形成两个氢键，G与C 之间形成三个氢键。
碱基互补配对
A
T
C
G
（3）嘌呤和嘧啶碱基位于螺旋 的内侧，磷酸和脱氧核糖基 位于螺旋外侧，彼此以3 ’-5’ 磷酸二酯键连接，形成DNA 分子的骨架。碱基环平面与 螺旋轴垂直，糖基环平面与 碱基环平面成90°角。
级结构的可能性较小。
* mRNA的功能 把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补
配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定 其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。
原核细胞
真核细胞
细胞质
第二章-核酸化学
2021/4/9
42
2021/4/9
酵母tRNA Ala 的二级结构
氨基酸臂 D臂（二氢尿嘧啶臂） D环 TC臂 TC环 额外环 AC臂（反密码臂） AC环
43
三级结构 —— 倒L型
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2021/4/9
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二、rRNA的分子结构
原核生物rRNA有3类：5S、16S、23S 真核生物rRNA有4类： 5S、5.8S、18S、28S
核苷酸
Phosphates
戊糖(核糖、脱氧核糖)
Nucleotides
核苷 Pentoses
Nucleosides
碱基（嘌呤、嘧啶）
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Nitrogenous Base
4
㈠ 碱 基 Nitrogenous Base
主要包括嘌呤碱和嘧啶碱。
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5
嘌呤(purine)
N 7
许多rRNA的一级结构及由一级结构推导出来的 二级结构都已阐明，但是对许多rRNA的功能迄今 仍不十分清楚。 已有一些rRNA具有酶的活性，称为核酶 （ribozyme）。
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5sRNA的二级结构
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三、mRNA的分子结构
顺反子（cistron）：一个基因就是一个顺反子。 原核生物的mRNA一般是多顺反子。 真核生物的mRNA一般是单顺反子。
1953年，Watson和Click提出DNA双螺旋模型。
1958 Crick提出遗传信息传递的中心法则。
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2
核酸的种类和分布
1. 脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA） 原核: 裸露的DNA分子集中于核区 真核: 细胞核DNA：与组蛋白、非组蛋白形成染色体
第2章 核酸的结构与功能
第二章核酸的结构和功能核酸是以核苷酸为基本组成单位的线性多聚生物信息分子。
分为DNA和RNA两大类。
其化学组成见下表：DNA RNA碱基①嘌呤碱 A、G A、G②嘧啶碱 C、T C、U戊糖β-D-2 脱氧核糖β-D-核糖磷酸磷酸磷酸碱基与戊糖通过糖苷键相连，形成核苷。
核苷的磷酸酯为核苷酸。
根据核苷酸分子的戊糖种类不同，核苷酸分为核糖核苷酸与脱氧核糖核苷酸，前者是RNA的基本组成单位，后者为DNA的基本组成单位，核酸分子中核苷酸以3’,5’－磷酸二酯键相连，形成多核苷酸链，是核酸的基本结构。
多核苷酸链中碱基的排列顺序为核酸的一级结构。
多核苷酸链的两端分别称为3’－末端与5’－末端。
DNA的二级结构即双螺旋结构的特点：⑴两条链走向相反，反向平行，为右手螺旋结构；⑵脱氧核糖和磷酸在双螺旋外侧，碱基在内侧；⑶两链通过氢键相连，必须A与T、G与C配对形成氢键，称为碱基互补规律。
⑷大（深）沟，小（浅）沟。
⑸螺旋一周包含10个bp，碱基平面间的距离为0.34nm，螺旋为3.4nm，螺旋直径2nm；⑹疏水作用。
氢键及碱基平面间的疏水性堆积力维持其稳定性。
DNA的基本功能是作为遗传信息的载体，并作为基因复制转录的模板。
mRNA分子中有密码，是蛋白质合成的直接模板。
真核生物的mRNA一级结构特点：5’－末端“帽”，3’－末端“尾”。
tRNA在蛋白质合成中作为转运氨基酸的载体，其一级结构特点：含有较多的稀有碱基；3’－CCA－OH，二级结构为三叶草形结构。
rRNA与蛋白质结合构成核蛋白体，作为蛋白质合成的“装配机”。
细胞的不同部位还存在着许多其他种类小分子RNA，统称为非mRNA小RNA（snmRNAs），对细胞中snmRNA 种类、结构和功能的研究称为RNA组学。
具有催化作用的某些小RNA称为核酶。
碱基、核苷、核苷酸及核酸在260nm处有最大吸收峰。
加热可使DNA双链间氢键断裂，变为单链称为DNA变性。
DNA变性时，OD260增高。
生物化学试题 核酸化学
第二章核酸化学.三、典型试题分析1. 下列几种DNA分子的碱基组成比例不同，哪一种DNA的Tm值最低（1999年生化试题）A. DNA中A-T占15％B．DNA中G-C占25％C. DNA中G-C占40％D．DNA中A-T占80％E. DNA中G-C占55%[答案] D2. 核酸的各基本单位之间的主要连接键是(2000年生化试题)A．二硫键B．糖苷键C．磷酸二酯键D．肽键E，氢键[答案) C3．DNA的二级结构是：A．α—螺旋B．β-片层C．β—转角D．超螺旋结构E，双螺旋结构[答案) E4. DNA的热变性特征是A. 碱基间的磷酸二酯键断裂B．一种三股螺旋的形成C．黏度增高D．融解温度因G-C对的含量而异E．在260nm处的光吸收降低[答案] D5. 下列关于DNA碱基组成的叙述，正确的是A. 不同生物来源的DNA碱基组成不同B，同一生物不同组织的DNA碱基组成不同C. 生物体碱基组成随着年龄变化而改变D．A和C含量相等E．A+T=G+C[答案] A6，DNA受热变性时(士998年硕士研究生入学考试题)A. 在260nm波长处的吸光度下降B，多核苷酸链断裂成寡核苷酸链 C. 碱基对可形成氢键D，加入互补RNA链，再冷却，可形成DNA／RNA杂交分子E. 溶液黏度增加[答案] D7，在核酸中占9％"-11％，且可用之计算核酸含量的元素是(1997年硕士研究生入学考试题)A. 碳B，氧C．氮D．氢E．磷[答案] E8，下列关于B-DNA双螺旋结构模型的叙述中哪一项是错误的?A. 两条链方向相反B，两股链通过碱基之间的氢键相连C．为右手螺旋，每个螺旋为10个碱基对D．嘌呤碱和嘧啶碱位于螺旋外侧E．螺旋的直径为20A[答案) D四、测试题(一)A型题1．从小鼠的一种有荚膜的致病性肺炎球菌中提取出的DNA，可使另种无荚膜、不具有致病性的肺炎球菌转变为有荚膜并具致病性的肺炎球菌A．DNA是遗传物质，蛋白质是遗传信息的体现者B，DNA是遗传信息的体现者，蛋白质是遗传物质C．DNA与蛋白质均是遗传物质D．RNA是遗传物质，DNA和蛋白质是遗传信息的体现者E．DNA和蛋白质是遗传物质，RNA是遗传信息的体现者2．核酸中一般不含有的元素是A．C B．H C．O D．P E，S3，在核酸中占9％'--11％且可用之计算核酸含量的元素是A．C B．H C．O D．P E．S4．A(腺嘌呤)与G(鸟嘌呤)在结构上的差别是A，A的C6上布羟基，G的C6上有氨基B．A的C6上有羟基，G的C2上有甲基C，A的C6上有甲基，G的C6上有羰基D．A的C2上有氨基，G的C2上有羟基E．A的C6上有氨基，G的C2上有氨基5，T(胸腺嘧啶)与U(尿嘧啶)在结构上的差别是A．T的C2上有氨基，U的C2上有O ·B．T的C5上有甲基，U的C5上无甲基C．T的C4上有氨基，U的C4上有OD．T的Cl上有羟基，U的C1上无羟基E．T的C5上有羟甲基，U的C5上无羟甲基6，通常既不见于DNA又不见于RNA的碱基是A. 腺嘌呤B．黄嘌呤巳鸟嘌呤D，胸腺嘧啶E，尿嘧啶7，自然界游离核苷酸中的磷酸最常位于A. 戊糖的C-2’上B．戊糖的C-3’上C．戊糖的C-5’上D．戊糖的C-2’及C-3’ E. 戊糖的C-2’及C-5’上8，假尿嘧啶核苷的糖苷键是·A．C-C键B．C-N键C．N-N键D．C-H键E．N-H键9，核苷酸中碱基(N)、戊糖(R)和磷酸(P)之间的连接关系是A. N-R-PB. N-P-RC. R-N-PD．P-N-R E．R-P-P-N10，脱氧胸苷的英文简写符号为A．AdR B，CdR C．UdR D. TdR E. CdR11，CR表示A. 脱氧胞苷B．胞苷 C. 腺苷D．脱氧腺苷E，脱氧核糖12，含有稀有碱基较多的核酸是A．rRNA B．tRNA C．mRNA D．hnRNA E。
生科第二章-核酸化学
组 蛋 白 与 DNA的 结 合
➢组蛋白核心(héxīn)： H2B, H2A, H3, H4。H1 组蛋白在核小体之间。
第三十四页，共74页。
DNA的存在(cúnzài)形式
第三十五页，共74页。
染色体包装------多级螺旋(luóxuán)模型
压缩倍数 7
6
40
DNA → 核小体 → 螺线管 →
第十九页，共74页。
3.2 核酸(hé suān)的一级结构（primary structure）
一级结构-----核酸(hé suān)分子中核苷酸的排列 顺序及连接方式。核苷酸的排列顺序代表了遗传信 息。
➢碱基序列（base sequence)即为DNA的一级结构。通 常碱基序列由DNA链的5 →3 方向(fāngxiàng)写。 ➢n个核苷酸组成的DNA链中可能有的不同序列总数为 4n。
DNA double helix类型
bp/turn
D vertical rise/bp
11
2.3
0.255
10
2.0
0.34
12
1.8
0.37
direction 右 右 左
第二十八页，)结构（tertiary structure）
1. 环状DNA的超螺旋结构 DNA双螺旋进一步扭曲(niǔ qǔ)成超螺旋构成三级结 构。 一段双螺旋(luóxuán)在螺旋(luóxuán)均已形成的 情况下，双链环不发生进一步扭曲，称松弛环形 DNA。 若将线形DNA的螺旋(luóxuán)先拧松两周再连接 成环时，解链部分形成突环称解链环型DNA。
第二十页，共74页。
核苷酸的连接方式
1、核酸的基本结构(jiégòu)单位：核苷酸
生物化学重点_第二章核酸化学
生物化学要点 _第二章核酸化学第二章核酸化学一、核酸的化学构成 :1、含氮碱 : 参加核酸与核苷酸构成的含氮碱主要分为嘌呤碱与嘧啶碱两大类。
构成核苷酸的嘧啶碱主要有三种——尿嘧啶 (U) 、胞嘧啶 (C)与胸腺嘧啶 (T),它们都就是嘧啶的衍生物。
构成核苷酸的嘌呤碱主要有两种——腺嘌呤 (A) 与鸟嘌呤 (G),它们都就是嘌呤的衍生物。
2、戊糖 :核苷酸中的戊糖主要有两种,即β-D- 核糖与β-D-2- 脱氧核糖 ,由此构成的核苷酸也分为核糖核苷酸与脱氧核糖核酸两大类。
3、核苷 :核苷就是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的化合物。
由“罕有碱基”所生成的核苷称为“罕有核苷”。
如 :假尿苷 (ψ)二、核苷酸的构造与命名:核苷酸就是由核苷与磷酸经脱水缩合后生成的磷酸酯类化合物,包含核糖核苷酸与脱氧核糖核酸两大类。
核苷酸又可按其在 5’位缩合的磷酸基的多少 ,分为一磷酸核苷 (核苷酸 )、二磷酸核苷与三磷酸核苷。
别的 ,生物体内还存在一些特别的环核苷酸 ,常有的为环一磷酸腺苷 (cAMP) 与环一磷酸鸟苷 (cGMP),它们往常就是作为激素作用的第二信使。
核苷酸往常使用缩写符号进行命名。
第一位符号用小写字母 d 代表脱氧 ,第二位用大写字母代表碱基 ,第三位用大写字母代表磷酸基的数量 ,第四位用大写字母 P 代表磷酸。
三、核酸的一级构造 :核苷酸经过 3’ ,5-磷’酸二酯键连结起来形成的不含侧链的多核苷酸长链化合物就称为核酸。
核酸拥有方向性,5’-位上拥有自由磷酸基的尾端称为5’-端,3’-位上拥有自由羟基的尾端称为3’-端。
DNA 由 dAMP 、dGMP、dCMP 与 dTMP 四种脱氧核糖核苷酸所构成。
DNA 的一级构造就就是指 DNA 分子中脱氧核糖核苷酸的摆列次序及连结方式。
RNA由AMP,GMP,CMP,UMP 四种核糖核苷酸构成。
四、 DNA 的二级构造 :DNA 双螺旋构造就是 DNA 二级构造的一种重要形式 ,它就是 Watson与 Crick 两位科学家于 1953 年提出来的一种构造模型 ,其主要实验依照就是 Chargaff 研究小组对 DNA 的化学构成进行的剖析研究,即 DNA 分子中四种碱基的摩尔百分比为 A=T 、 G=C、 A+G=T+C(Chargaff 原则 ),以及由 Wilkins 研究小组达成的 DNA晶体 X 线衍射图谱剖析。
第二章(2)核酸的化学(性质)
1．核酸的两性性质及等电点
分子中既含有酸性基团（磷酸基）,也含有碱性基 团（氨基），因而核酸具有两性性质. 因而核酸具有两性性质. 因而核酸具有两性性质 由于核酸分子中的磷酸是一个中等强度的酸，而碱性 （氨基）是一个弱碱，所以核酸的等电点比较低。 核酸的等电点比较低。 核酸的等电点比较低 如DNA的等电点为4～4.5，RNA的等电点为2～2.5。 RNA的等电点比DNA低的原因:是RNA分子中2′-OH 通过氢键促进了磷酸基上质子的解离，而DNA没有这种 作用。
影响复性速度的因素：
1、分子量越大，复性越难。 分子量越大，复性越难。 单链片段浓度越大，随机碰撞的频率越高，复性越容易。 2、单链片段浓度越大，随机碰撞的频率越高，复性越容易。 片断内的重复序列多，则容易形成互补区，复性较快。 3、片断内的重复序列多，则容易形成互补区，复性较快。 维持溶液一定的离子强度，可加快复性速度。 4、维持溶液一定的离子强度，可加快复性速度。 此外，DNA的复性也与它本身的组成和结构有关 的复性也与它本身的组成和结构有关。 此外，DNA的复性也与它本身的组成和结构有关。
HOCH
2
O H
OH H
HOCH
2
O H
OH H
H H OH D-核核 核
H H OH
OH
H
D-2-脱脱核核 脱
2．核酸的水解
（1）酸或碱水解
核酸分子中的磷酸二酯键可在 酸或碱性条件下水解切断。 DNA和RNA对酸或碱的耐受程度 有很大差别。例如，在0.1 mol/L NaOH溶液中，RNA几乎可以完全水解， DNA在同样条件下则不受影响。
核酸外切酶的作用方式是从多聚核苷酸链的一端（3′-端或5′核酸外切酶的作用方式是从多聚核苷酸链的一端（3′-端或5′的作用方式是从多聚核苷酸链的一端 5′ 端）开始，逐个水解切除核苷酸；核酸内切酶的作用方式刚好和外切 开始，逐个水解切除核苷酸；核酸内切酶的作用方式刚好和外切 酶相反，它从多聚核苷酸链中间开始，在某个位点切断磷酸二酯键。 酶相反，它从多聚核苷酸链中间开始，在某个位点切断磷酸二酯键。
生物化学讲义第二章核酸化学
核酸的结构与功能【目的和要求】1. 熟悉核酸的种类、分布和主要的生物学功能。
2．掌握核酸的化学组成、核苷酸的连接方式。
3．归纳区分两类核酸在化学组分上的异同点。
4．说出DNA二级结构的模型及其主要特点。
5．简述RNA分子组成和结构的特点。
6．简述三种RNA结构特点和主要功能。
7．了解核酸重要的理化特性及其在医学上的应用。
8．能说出生物体内重要的单核苷酸及其生化功能。
【本章重难点】1.核酸的种类、分布和生物学功能。
2．核酸的化学组成。
3．DNA和RNA的分子结构与功能。
4．核酸的变性、复性及杂交。
5．生物体内重要的单核苷酸。
学习内容第一节核酸的化学组成第二节 DNA的分子结构第三节 RNA的分子结构第四节核酸的理化性质第一节核酸的化学组成一、核酸（nucleic acid）的分类、分布与生物学功能分类分布生物学功能核糖核酸（RNA）细胞质参与蛋白质的生物合成5 % 蛋白质合成的直接模板tRNA 15 % 活化与转运AArRNA 80 % 充当装配机，提供场所脱氧核糖核酸（DNA ） 核内、染色质遗传的物质基础** 基因 —— DNA 分子中的功能片段（决定遗传特性的碱基序列）。
二、核酸的分子组成1．核酸的元素组成：C.H.O.N.和P ；代表元素P ，平均含量9～10％。
2．核酸的基本组成单位：核苷酸（nucleotide ）1）核苷酸的组成戊糖、碱基：核苷、核苷酸：核苷酸链：3/,5/－磷酸二酯键；3/－羟基端，5/－磷酸基端水解 水解 磷酸 戊糖(戊糖、脱氧戊糖)核酸 核苷酸核苷 嘧啶（C.T.U ）碱基嘌呤(A.G)2）核苷酸的结构与命名3）核苷酸的功用3．两类核酸在分子组成上的异同点第二节 DNA 的分子结构一、DNA 的一级结构组成DNA 分子的基本单位是四种脱氧核苷酸:dAMP 、dCMP 、dGMP 和dTMP1．DNA 的碱基组成规律：Chargaff 规则：①同一生物不同组织的DNA 样品，其碱基成分含量相同。
核酸的化学
H
HOH2C 5′ O
4′ 3′
HOH2C 5′ O
4′ 3′ 2′
OH
1′
OH
OH
OH
OH
核 糖 尿苷
核 糖 假尿苷 (ψ)
(四)核苷酸
N H O
-
H
N
9
H
N
O
-
-
O —
P ‖ O
~O
—
P ‖ O
~O
—
-
O
-
N H 腺嘌呤
P HOH2C 5′ O OH ‖ 4′ 1′ O 3′ 2′ OH OH AMP ADP
O
5′
O=P—O—CH2 O O
1′ 3′
G
G
T
A
OH OH O
P
3′ 5′
P
P
OH
O=P—O—CH2 O
5′
T
O
-
3′
pGpTpAOH
pG-T-A pGTA
OH OH O
-
O=P—O—CH2 O
5′
A
O
3′
OH OH
(二)DNA的双螺旋结构
1953年，Watson 和Crick 提出。
1.双螺旋结构的主要依据 (1)Wilkins和Franklin发现不同来源的DNA纤维具有相 似的X射线衍射图谱。 (2)Chargaff发现DNA中A与T、C与G的数目相等。后 Pauling 和Corey发现A与T生成2个氢键、C与G生成3个 氢键。 (3)电位滴定证明，嘌呤与嘧啶的可解离基团由氢键连 接。
0.2 0.1 0 220
240
260 ¨³ ² ¤ /nm
生物化学第二章_核酸的结构与功能试题及答案
第二章核酸的结构与功能一、名词解释1．核酸2．核苷3．核苷酸4．稀有碱基5．碱基对6．DNA的一级结构7．核酸的变性8．Tm值9．DNA的复性10．核酸的杂交二、填空题11．核酸可分为____和____两大类，其中____主要存在于____中,而____主要存在于____. 12．核酸完全水解生成的产物有____、____和____，其中糖基有____、____,碱基有____和____两大类。
13．生物体内的嘌呤碱主要有____和____，嘧啶碱主要有____、____和____。
某些RNA分子中还含有微量的其它碱基，称为____。
14．DNA和RNA分子在物质组成上有所不同,主要表现在____和____的不同，DNA分子中存在的是____和____，RNA分子中存在的是____和____。
15．RNA的基本组成单位是____、____、____、____，DNA的基本组成单位是____、____、____、____，它们通过____键相互连接形成多核苷酸链.16．DNA的二级结构是____结构，其中碱基组成的共同特点是（若按摩尔数计算)____、____、____。
17．测知某一DNA样品中，A=0。
53mol、C=0。
25mol、那么T= ____mol，G= ____mol. 18．嘌呤环上的第____位氮原子与戊糖的第____位碳原子相连形成____键，通过这种键相连而成的化合物叫____。
19．嘧啶环上的第____位氮原子与戊糖的第____位碳原子相连形成____键，通过这种键相连而成的化合物叫____。
20．体内有两个主要的环核苷酸是____、____，它们的主要生理功用是____.21．写出下列核苷酸符号的中文名称：ATP____、22．DNA分子中，两条链通过碱基间的____相连，碱基间的配对原则是____对____、____对____。
23．DNA二级结构的重要特点是形成____结构，此结构属于____螺旋,此结构内部是由____通过____相连维持.24．因为核酸分子中含有___和____碱基,而这两类物质又均含有____结构,故使核酸对____波长的紫外线有吸收作用。
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第二章核酸化学
研究历史（3）
1953年，沃森和克里克提出了DNA的双螺旋结构， 1962年获得诺贝尔奖
现已证明，除了少数病毒以RNA为遗传物质外， 多数生物体的遗传物质是DNA
另外，在细胞质里还存在胞质小RNA(sc RNA). 上述RNA存在于细胞质，另外在细胞核里面还存在一些RNA， 如核不均一RNA（hnRNA）、核内小RNA（snRNA）、核仁小 RNA、反义RNA（asRNA）等。
第二章核酸化学
RNA的分类
核蛋白体RNA
细胞核和胞液
线粒体
rRNA
mt tRNA
的结构。
第二章核酸化学
研究历史（1）
染色质 ，瑞士生理学家和有机化学家米歇尔 （Friedrich Miescher，1844～1895）
四核苷酸学说
第二章核酸化学
研究历史（2）
1930年代和1940年代Caspersson及其它人采用了超 速离心、过滤、光吸收等方法测得DNA分子的分 子量是50万到100万。
基因工程技术
第二章核酸化学
核酸是Lock还是Key？
第二章核酸化学
第一节 核酸的种类、分布和含量
(一). 种类
DNA，脱氧核糖核酸
RNA，核糖核酸，主要有下几种：
第二章核酸化学
1、rRNA (ribosome RNA )，核糖体RNA，细胞中最主 要的RNA，占细胞中总RNA80%左右。核糖体是蛋白 质合成的场所。
2、tRNA ( transfer RNA)，转移RNA，是细胞中最小 的一种RNA分子，占细胞总RNA的15%左右。在蛋白 质的生物合成中，tRNA起携带氨基酸的作用。
第二章核酸化学
3、mRNA ( messenger RNA)，信使RNA，占细胞总RNA 的5%左右，含量最少，代谢活跃。mRNA在蛋白质的 生物合成中起模板作用。它将DNA的遗传信息传递给 蛋白质。
第二章核酸化学
掌握核酸紫外吸收的特性及热变性的性质，从核酸热变性 的基础上理解DNA的复性与分子杂交，掌握DNA的熔解 温度、增色效应的概念。
了解核酸的化学反应；各种核酸酶对核酸的水解作用；限 制性内切酶的作用特点及该酶的应用。
了解DNA一级结构的测定原理。 了解DNA在生物体内的存在方式及由DNA构成的染色体
第二章核酸化学Biblioteka 苷酸的结构式第二章核酸化学
脱氧核苷酸的结构
第二章核酸化学
核酸中五种碱基中的酮基和氨基，均位于碱基环中 氮原子的邻位，可以发生酮式一烯醇式或氨基、亚氨 基之间的结构互变。这种互变异构在基因的突变和生 物的进化中具有重要作第用二章。核酸化学
嘌呤和嘧啶环中含有共轭双键，对260nm 左右波长的紫外光有较强的吸收。碱基的这一 特性常被用来对碱基、核苷、核苷酸和核酸进 行定性和定量分析.
信使RNA 转运RNA 核不均一RNA
mRNA tRNA hnRNA
mt mRNA mt tRNA
核内小RNA
snRNA
胞质小RNA
scRNA/7SLRNA
注：原核细胞不含后3种RNA 第二章核酸化学
功能
核蛋白体组成成 分 蛋白质合成模板
转运氨基酸
成熟mRNA的前 体 参与hnRNA的剪 接、转运 蛋白质内质网定 位合成的信号识 别体的组成成分
（二）、分布
DNA 核（%） 98 浆（%） 2
RNA <10 >90
（三）、 含量
DNA含量恒定，RNA含量与细胞生长状 态有关。
第二章核酸化学
第二节 核酸的组成
第二章核酸化学
核酸和蛋白质元素组成相同么？
第二章核酸化学
一、核酸的元素组成
组成核酸的元素有C、H、O、N、P等， 与蛋白质比较，其组成上有两个特点：一是 核酸一般不含元素S，二是核酸中P元素的含 量较多并且恒定，约占9～11%。因此，核酸 定量测定的经典方法，是以测定P含量来代 表核酸量。
第二章核酸化学
二、核酸的基本结构组成
核酸经水解可得到很多核苷酸，因此核苷酸是核酸 的基本单位。核酸就是由很多单核苷酸聚合形成的 多聚核苷酸。
核苷酸可被水解产生核苷和磷酸，核苷还可再进一 步水解，产生戊糖和含氮碱基。
第二章核酸化学
第二章核酸化学
(一）碱基 核苷酸中的碱基均为含氮杂环化合物， 它们分别属于嘌呤衍生物和嘧啶衍生物。 核 苷 酸 中 的 嘌 呤 碱 (purine) 主 要 是 鸟 嘌 呤(guanine,G)和腺嘌呤(adenine,A)， 核 苷 酸 中 嘧 啶 碱 (pyrimidine) 主 要 是 胞 嘧啶(cytosine,C)、尿嘧啶(uracil,U)和胸腺 嘧啶(thymine,T)。
核酸化学
第二章核酸化学
核酸能告诉你什么？
第二章核酸化学
目的
了解核酸的发展简史及核酸对生物体的重要意义。 了解核酸的分类，掌握两类核酸的化学组成特点及核苷酸
的结构。 掌握DNA的一级结构及一级结构的意义；DNA双螺旋结
构模型要点；DNA双螺旋结构模型提出对生命科学的重 要意义。了解DNA双螺旋的一些特殊的构型、与碱基组 成有关的特殊结构及意义。 了解RNA的种类，重点掌握与蛋白质合成有关的三种 RNA的功能；掌握tRNA的结构以及与该结构有关的生物 学功能。
第二章核酸化学
核酸中的戊糖有核糖(ribose)和脱氧核糖(deoxyribose)两 种，分别存在于核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸中。为了与碱 基标号相区别，通常将戊糖的C原子编号都加上“′”，如C1′表 示糖的第一位碳原子。核糖的结构如下：
第二章核酸化学
（三）核苷
戊糖与嘧啶或嘌呤碱以糖苷键连接就称为核苷，通常是 戊糖的C1′与嘧啶碱的N1或嘌呤碱的N9相连接。
第二章核酸化学
（四）核苷酸衍生物
1、（脱氧）核苷二磷酸、（脱氧）核苷三磷酸、双 脱氧核苷酸。 ADP、ATP是生物体中重要的能量转 换体，ddNTP在DNA的序列测定中使用
2、环化核苷酸cAMP、cGMP：被称为第二信使，有放 大激素的作用
3、辅酶：NAD+、NADP+、FAD、FMN、HSC0A是核酸的 衍生物，在物质代谢和能量代谢中起重要作用。